Transformaciones en un diagrama de fases

TEMA 7

Capítulo 7
Diagramas de fase y transformaciones de
fase

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Índice general

TEMA 7

1.

Definiciones: microestructura, fases, componentes, solubilidad y límite
de solubilidad.

2.

Diagramas de equilibrio de fase
2.1 Introducción
2.2 Interpretación de los diagramas de fase
2.3 Equilibrio de fases. Principios termodinámicos.
2.4 Algunos tipos comunes de diagramas de fase.
2.5 Construcciónde diagramas de fase
2.6 Desarrollo de microestructuras
2.7 El diagrama de fases Fe-C (aceros)

3.

Cinética: nucleación y crecimiento de fases.

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1. Definiciones

• Microestructura: las propiedades mecánicas y físicas de un
material dependen de su microestructura. Esta puede consistir en
una “simple” estructura de granos en un metal o cerámico puro,
o en una más compleja mezcla dedistintas fases en una aleación.
Estructura de granos de
Cu puro

Mezcla de dos fases Fe-C
distintas en un acero

150 um
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1. Definiciones

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• Fase: porción homogénea de un sistema que tiene características físicas y
químicas uniformes: un material puro, un sólido, un líquido o un gas se
consideran fases. Si una sustancia sólida, puede existir en dos o más formas
(por ej., puede tener tantola estrucutra FCC como la BCC), cada una de
estas estructuras es una fase separada.
• Componente: un metal y/o un compuesto que forma parte de una aleación.

• Ejemplos:

Acero (Fe-C)

– Mezcla agua-hielo a 0ºC: tiene un
componente: H20 y dos fases: sólido y
líquido.
– Micrografía de la derecha: tiene dos
componentes: Fe y C y dos fases, que
aparecen de color más claro y más oscuro
en lamicrografía
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1. Definiciones

• Solución sólida: átomos de dos tipos diferentes: uno mayoritario, que
es el disolvente y otro minoritario, que es el soluto. Los átomos del
soluto ocupan posiciones susbstitucionales o intersticiales en la red
del disolvente y se mantiene la estructura cristalina del disolvente
Átomo A
Átomo B
Material puro A

Solución sólida A-B
Substitucional

Intersticial5

1. Definiciones

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• Límite de solubilidad: en muchas aleaciones y para una temperatura
específica, existe una concentración máxima de átomos de soluto. La adición
de un exceso de soluto a este límite de solubilidad forma otra disolución sólida
o compuesto con una composición totalmente diferente
• Ejemplo: sistema agua-azúcar (H20-C12H22O11)

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2. Diagramas de fase: IntroducciónTEMA 7

• Los diagramas de equilibrio de fase son mapas (por ejemplo, en el espacio
temperatura-presión o temperatura-composición) de las fases de equilibrio de un
material en función de las condiciones de P, T y composición.
• Por ejemplo: H20

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2. Diagramas de fase: Introducción

TEMA 7

• Además, existen un número diferente de estructuras cristalinas en las que puede
aparecer el H20 en estadosólido, y cada una de estas estructuras existe en una
región diferente del espacio P-T, es decir, cada una de estas fases es estable para
ciertas condiciones de P y T.

http://www.sbu.ac.uk/water/phase.html

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2. Diagramas de fase: Introducción
• Ejemplo de diagramas de equilibrio de fases binarios

Liquidus
Liquidus
Solidus
Solidus

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2. Diagramas de fase: Interpretación

TEMA 7

2.2.Interpretación de los diagramas de fase: zonas bifásicas
• Sea una aleación A-B de composición xB a temperatura T1 (es decir, en la
región de coexistencia S+L). Queremos conocer la fracción de sólido fS y la
fracción de líquido fL en equilibrio y sus composiciones.
• Las composiciones del sólido y líquido en equilibrio vienen dadas por xB(S) y
xB(L), es decir, la intersección de la isoterma conlas líneas que delimitan la
región bifásica.

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2. Diagramas de fase: Interpretación

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2.2. Interpretación de los diagramas de fase: zonas bifásicas
• Proporción de cada fase
• Si el sistema tiene N atomos, el número de átomos de
B en el sistema se puede expresar como:
N B = N ⋅ xB
N B = f S ⋅ xB ( S ) ⋅ N + f L ⋅ xB ( L) ⋅ N = f S ⋅ xB ( S ) ⋅ N + (1 − f S ) ⋅ xB ( L) ⋅ N

•...